氧化铱催化剂对水氧化有效，这使其对绿色技术非常有吸引力。因此，包括大阪大学 SANKEN(科学与工业研究所)研究人员在内的一个团队对它们的工作原理进行了最仔细的研究。

原位光谱学为水氧化提供了一个窗口

在《美国化学会杂志》上发表的一项研究中，该团队利用光谱学揭示了氧化铱催化析氧反应 (OER) 中涉及的化学物质如何与其周围的溶液相互作用。

OER 在许多清洁能源过程中非常重要，例如将二氧化碳转化为可用的液体燃料以及通过电解水产生绿色氢气。在没有化石燃料的未来，这两个过程都将至关重要。因此，深入理解OER是一个重要的研究热点。

催化过程可能很复杂，涉及从起始材料到所需产品的各种中间物质。操作技术允许在反应过程中使用光谱学来研究这些中间体，为了解实际发生的情况提供了一个窗口。

研究人员使用具有氧化铱表面的电极，研究了不同pH值溶液中水分子的氧化情况。

“电极表面和含氧中间体之间的相互作用是 OER 效率的关键，因此优化催化剂材料通常是焦点，”伦敦帝国理工学院的资深作者 Reshma R. Rao 解释道。

“然而，迄今为止的观察结果还没有解答任何问题，因此我们使用操作紫外-可见光谱、X射线吸收光谱和表面增强红外光谱仔细观察了界面的溶液侧。”

为了实现有效的反应，反应中间体与电极的结合必须恰到好处，以允许中间体与电极相互作用，但又不能太强，以免它们粘在电极上而无法反应。研究人员发现，这种结合是由中间体之间通过溶液的长程相互作用控制的，这取决于 pH 值。

在碱性条件下，电极附近的水影响含氧物质之间的长程相互作用，从而影响它们与表面的结合。因此，尽管中间体在较高 pH 值下结合得更牢固，但界面水促进的相互作用会破坏含氧物质的稳定性并允许反应发生。

“使用操作光谱和补充技术来直接观察所涉及的物种，使我们能够扩大对电极结合之外的催化剂性能的理解，”资深作者 Yu Katayama 说。 “我们相信这种洞察力将是优化开放教育资源动力学的关键。”

这些发现将有助于提高水氧化生产绿色氢气的效率。此外，将原位光谱学与互补技术相结合可能有助于理解许多其他过程的催化。